李佳

摘要：空調(diào)室內(nèi)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣流動(dòng)的噪聲是影響室內(nèi)舒適性的重要因素。本文通過分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)降低空調(diào)室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的專利文獻(xiàn)，以期為室內(nèi)機(jī)的低噪舒適運(yùn)轉(zhuǎn)提供專利技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)； 運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲；氣流；專利

中圖分類號(hào)：TH43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）24-0046-03

Summary of Patent Technology for Reducing the Operating Noise of Air-conditioning Indoor Unit Fans

LI Jia

Abstract： The noise of air flow is an important factor affecting the indoor comfort when the air-conditioning indoor unit is in operation.This paper analyzed the patent literature on reducing the noise of fan operation of indoor air conditioner at home and abroad in order to provide the patent technical support for the low noise and comfortable operation of indoor air conditioner.

Key words： indoor unit fans； operating noise； flow； patent

隨著人民生活水平的不斷提高，用戶在追求高效的調(diào)溫調(diào)濕及除濕等效果的基礎(chǔ)上，還希望能夠有空調(diào)室內(nèi)機(jī)運(yùn)行的舒適性體驗(yàn)。家用空調(diào)室內(nèi)機(jī)的設(shè)計(jì)也趨于在滿足室內(nèi)環(huán)境溫濕度調(diào)節(jié)的同時(shí)，結(jié)構(gòu)越來越緊湊化、美觀化。室內(nèi)機(jī)緊湊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得室內(nèi)機(jī)的空氣流動(dòng)空間變得狹小而不規(guī)則，空氣流動(dòng)噪聲明顯增加，空氣流動(dòng)噪聲已成為影響室內(nèi)舒適性的重要因素之一。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 19606—2004家用和類似用途電器噪聲限值》的規(guī)定，室內(nèi)空調(diào)器根據(jù)其制冷量的不同，對(duì)室內(nèi)噪聲限值的要求不同，對(duì)于分體式空調(diào)器其室內(nèi)噪聲限值應(yīng)不超過63dB，整體式空調(diào)的室內(nèi)噪聲限值不超過60dB。

1 室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲形成機(jī)理

目前空調(diào)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)機(jī)類型一般是根據(jù)室內(nèi)機(jī)的具體形式進(jìn)行選擇的，分體壁掛機(jī)、柜機(jī)一般選用結(jié)構(gòu)緊湊的貫流風(fēng)機(jī)，吸頂式機(jī)組由于其四面出風(fēng)的特點(diǎn)一般選用離心式風(fēng)機(jī)。

貫流風(fēng)機(jī)（也稱橫流風(fēng)機(jī)）的主要部件包括葉輪、蝸殼、電機(jī)以及穩(wěn)定器。貫流風(fēng)機(jī)的噪聲發(fā)生機(jī)理非常復(fù)雜，具體示意可以見圖1。貫流風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于貫流風(fēng)葉表面的高速氣流脫離風(fēng)葉表面的速度邊界層以外，氣流速度的銳減造成不穩(wěn)定氣流，這些不穩(wěn)定氣流與蝸舌風(fēng)葉間隙中被帶回的氣流周期性的相互作用被增強(qiáng)，在蝸舌附近形成偏心渦[1-2]。人耳的聽覺對(duì)于這樣在噪聲頻譜上形成尖峰的聲音更為敏感，貫流風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲是空調(diào)噪聲的主要來源之一[1]。

由此可見，不論是貫流風(fēng)機(jī)還是離心式風(fēng)機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲形成的主要原因是葉輪上空氣流壓力分布不均勻以及氣流產(chǎn)生旋渦并脫離對(duì)空氣流產(chǎn)生干擾。

2 室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)降噪的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展整體概況

對(duì)于專利申請(qǐng)的技術(shù)內(nèi)容一方面是對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如風(fēng)機(jī)的葉輪、穩(wěn)流器以及出風(fēng)口結(jié)構(gòu)等風(fēng)機(jī)組成部件的優(yōu)化，如葉輪的結(jié)構(gòu)、整流部件（如貫流風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定器或者離心風(fēng)機(jī)的整流部件）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置方式，以及葉片支撐板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；另一方面是通過改進(jìn)風(fēng)機(jī)內(nèi)的風(fēng)道以及風(fēng)機(jī)與室內(nèi)機(jī)組其他部件之間的布置方式對(duì)空氣流流路的優(yōu)化，如風(fēng)機(jī)內(nèi)風(fēng)道氣流流路以及換熱器與風(fēng)機(jī)之間氣流的流路優(yōu)化等。

根據(jù)室內(nèi)風(fēng)機(jī)降噪領(lǐng)域的重要專利來梳理該領(lǐng)域的發(fā)展路線，得到如圖2所示的技術(shù)演進(jìn)路線圖。從圖2可以看出，室內(nèi)風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)在近30年得到快速發(fā)展，以時(shí)間軸為參考，可以得出該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的大致幾個(gè)時(shí)期：1985—1990年發(fā)展的起步階段；1991—2005年蓬勃發(fā)展時(shí)期，針對(duì)各技術(shù)分支均有研究；而2005年后，發(fā)展后期，僅是針對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的某幾個(gè)技術(shù)分支在進(jìn)行研究。整體來看，對(duì)于風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)的研究一直在進(jìn)行，且相對(duì)于其他技術(shù)分支研究較早。

在室內(nèi)風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)的起步階段，多為針對(duì)葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，尤其是針對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)。早期空調(diào)的研究重點(diǎn)在于如何提高空調(diào)機(jī)組的制熱調(diào)溫調(diào)濕。對(duì)于空調(diào)運(yùn)行時(shí)室內(nèi)機(jī)的噪聲值這一舒適性指標(biāo)，是在滿足了空調(diào)機(jī)組調(diào)溫調(diào)濕性能后，逐漸被人們所關(guān)注，進(jìn)而得到研究。針對(duì)葉輪上空氣流壓力分布不均勻這一噪聲形成原因，這一時(shí)期的申請(qǐng)針對(duì)葉輪的組裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

在1991—2005年這蓬勃發(fā)展的15年間，空調(diào)舒適性這一指標(biāo)對(duì)于空調(diào)的市場(chǎng)地位影響越來越大，針對(duì)室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的研究也越來越多，包括研究早期的技術(shù)繼續(xù)改進(jìn)葉輪的結(jié)構(gòu)，通過增加穩(wěn)壓部件、采用扭葉輪、在葉輪的內(nèi)緣或外緣開設(shè)型槽等的方式，從改進(jìn)葉輪上空氣流壓力分布不均到改善渦流的脫離與擾動(dòng)，一直在持續(xù)研發(fā)中。分析原因，可能是因?yàn)槿~片作為空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，其噪聲的形成很大一部分原因是由葉片的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，且針對(duì)葉片的改進(jìn)其在制作上相對(duì)于其他的部件來說能夠更加模塊化，成本相對(duì)低，因而企業(yè)針對(duì)這一技術(shù)分支的研究的投入會(huì)相對(duì)更多。其余分支，在這段時(shí)期均得到了不同程度的發(fā)展，較為突出的則是改進(jìn)穩(wěn)定器，在面對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪的端面設(shè)置擾動(dòng)氣流的部件，如凸肋、凹槽等，同時(shí)，改進(jìn)葉輪支撐板以達(dá)到風(fēng)機(jī)氣流整流的效果；以及改進(jìn)換熱器與風(fēng)機(jī)之間的空間以改進(jìn)室內(nèi)機(jī)的氣流通道，調(diào)整室內(nèi)風(fēng)機(jī)各個(gè)部件之間的間隙以改善風(fēng)機(jī)內(nèi)的氣流通道進(jìn)而改善氣流的流動(dòng)，產(chǎn)生較少的空氣流亂流以達(dá)到降低風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的目的。同時(shí)，針對(duì)整流件的技術(shù)分支與風(fēng)機(jī)內(nèi)風(fēng)道的技術(shù)分支之間存在交叉的現(xiàn)象，通過整體結(jié)構(gòu)的合理化布置來實(shí)現(xiàn)氣流的整流效果，降低空氣亂流的產(chǎn)生。

在這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展后期，葉片的結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)導(dǎo)風(fēng)板和風(fēng)機(jī)內(nèi)風(fēng)道的技術(shù)仍在發(fā)展，在原有的技術(shù)上進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)。分析原因，可能是因?yàn)?，?duì)于空調(diào)室內(nèi)機(jī)除了舒適性的要求以外，還對(duì)室內(nèi)機(jī)的外觀、大小有要求，對(duì)于葉片的進(jìn)一步改進(jìn)，前面已經(jīng)提到其利于成本的降低，而對(duì)于風(fēng)機(jī)蝸殼的改進(jìn)以改善風(fēng)機(jī)內(nèi)風(fēng)道可利于改善風(fēng)機(jī)的尺寸，使其在滿足送風(fēng)性能、低噪運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)結(jié)構(gòu)更為緊湊。

2.2 專利申請(qǐng)情況

在追求空調(diào)舒適性方面，我國(guó)較日本、韓國(guó)、歐洲、美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)發(fā)展較遲，室內(nèi)機(jī)降噪技術(shù)的核心技術(shù)主要掌握在日本和韓國(guó)申請(qǐng)中。

從圖3可以看出，日本、中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)是該技術(shù)領(lǐng)域的主要原創(chuàng)國(guó)，上述4個(gè)國(guó)家的申請(qǐng)量總和約占全球申請(qǐng)量的9成，其中日本占了全球?qū)＠暾?qǐng)的一半以上，分析原因，日本、韓國(guó)在家用空調(diào)領(lǐng)域市場(chǎng)份額大，而歐洲和美國(guó)的產(chǎn)品主要針對(duì)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域與商用領(lǐng)域，因此，歐美國(guó)家相對(duì)地在家用空調(diào)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)較少。在中國(guó)家用空調(diào)市場(chǎng)中，日本、韓國(guó)家用空調(diào)仍然占據(jù)大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)領(lǐng)頭者珠海格力、廣東美的等均在家用空調(diào)市場(chǎng)占有較大比例，隨著對(duì)家用空調(diào)舒適性的需要增長(zhǎng)，專利申請(qǐng)量也隨之增長(zhǎng)。

2.3 重要申請(qǐng)人

通過對(duì)申請(qǐng)人的國(guó)籍，在國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量以及全球?qū)＠暾?qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知，申請(qǐng)量排名前5位的申請(qǐng)人分別是大金工業(yè)株式會(huì)社（Daikin Industrial Ltd）、三菱電機(jī)株式會(huì)社（Matsushita Electric Industrial Co. Ltd）、LG電子株式會(huì)社（LG Electric Ltd）、三星電子株式會(huì)社（Samsung Electronics Co. Ltd）以及日立家用空調(diào)（Hitachi Ltd），這5位申請(qǐng)人在中國(guó)地區(qū)的申請(qǐng)量排名則是LG電子、三菱電機(jī)、大金工業(yè)、三星電子以及日立家用空調(diào)；而中國(guó)申請(qǐng)人珠海格力電器股份有限公司、廣東美的電器股份有限公司以及海爾集團(tuán)公司在中國(guó)的申請(qǐng)量，尤其是珠海格力與廣東美的公司的申請(qǐng)量，排名前5位，僅次于LG電子、三菱電機(jī)與大金工業(yè)。

從圖4還可以看出，中國(guó)的申請(qǐng)人在空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)降噪領(lǐng)域的專利申請(qǐng)幾乎都在國(guó)內(nèi)進(jìn)行申請(qǐng)，外籍申請(qǐng)人在中國(guó)專利申請(qǐng)量方面，韓國(guó)申請(qǐng)人LG電子和三星電子與日本申請(qǐng)人三菱電機(jī)和大金工業(yè)是相當(dāng)?shù)?，日本申?qǐng)人三菱重工、日立家用空調(diào)、東芝開利、富士通將軍等，在中國(guó)的專利申請(qǐng)的數(shù)量很少。從國(guó)內(nèi)家用空調(diào)的市場(chǎng)來看，日本申請(qǐng)人大金工業(yè)和國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人珠海格力以及廣東美的占據(jù)中國(guó)家用空調(diào)領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)份額，但從核心專利來看，家用空調(diào)室內(nèi)風(fēng)機(jī)的降噪技術(shù)幾乎都掌握在日本大金工業(yè)、三菱電機(jī)，韓國(guó)LG電子和三星電子的手中，國(guó)內(nèi)珠海格力以及廣東美的、海爾集團(tuán)的降噪技術(shù)僅是在于專利的申請(qǐng)數(shù)量，在專利技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面還需要投入大量的研發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)降噪技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)梳理，分析該技術(shù)的專利技術(shù)文獻(xiàn)，可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)于室內(nèi)機(jī)低噪舒適度運(yùn)行的研究發(fā)展相對(duì)于日本、韓國(guó)、歐洲、美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)比較遲，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于室內(nèi)機(jī)低噪運(yùn)行舒適性的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 邵雙全，盧大為，等.空調(diào)室內(nèi)機(jī)貫流風(fēng)扇流動(dòng)噪音的仿真研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2012（3）：9-13.